Riassunto esame fisica tecnica ambientale, Termodinamica

Termodinamica

Studio le trasformazioni di una forma di energia in altre forme.

• Ambiente
• Sistema
  • Aperto
  • Chiuso
  • Isolato
• Omogeneo
• Eterogeneo

Stato termodinamico

• Diatermico
• Adiatermico
• Adiabatico

Grandezze di stato

• Intensive
  • T
  • P
• Estensive
  • m
  • U

Equilibrio termodinamico

• Equ. elettrico
• Equ. termico
• Equ. chimico
• Equ. meccanico

Legge di Gibbs o delle Fasi

V = f + 2

Equazione dei gas perfetti

PV = mR0T

R0 = 8,31k SI/mole Costante universale dei gas

(PV/mRT = mRT/m)

con m = m.H, R = R0/M

Pv = RTm

Trasformazione termodinamica

Sistema a contatto con l'ambiente passa da uno stato di equilibrio iniziale ad uno finale

• Reversibile
• Irreversibile
• Quasi statica

|d L| = pd V

L = ∫1 2 pdV

Trasformazione isoterma p = cost

d L = Fdx con F = PS

d L = PSdx = PdV

Trasformazione isocora V = cost

Q12 = pdV

Il lavoro dipende dal percorso

Non è una grandezza di stato

Trasformazione isoterma T = cost

L21 = ∫13pdV = ∫13Op3ac RT ∫13 dV/V = RT ln v1/v2

= RT ln P2/P1

1° Principio della Termodinamica

ΣQ - ΣL = ΣU

δQ = dU + L

Q = ΔU + L

dQ = dU + δL

dU = δQ - δL = 0 - δQ (Q - L) = U

δQ = dU + δL

δQ - δL = 0

δQ = dU + δL

δQ = δU + L

GAS PERFETTI

• Legge di Boyle-Mariotte, se T = cost → pV = cost
• Legge di Gay-Lussac, se V = cost → p = p₀(1 + βΔT) β coeff. di pressione
• Legge di Volta, se p = cost → V = v₀(1 + αΔT) α coeff. di dilataz. termica

U = g(T)

Relazione di Mayer

pdV + Vdp = RT → se p = cost → p ⋅ dV = RT → dQ = c_vdT

dQ = c_υdT + pdV → dQ = c_pdT

= (c_v + R)dT = (c_v + R)dT

c_p = c_v + R → c_p > c_v SEMPRE

2° Principio della Termodinamica

Non è possibile che completa trasformazione de calore in un lavoro, una parte di calore viene getita mediante

temperatura a più bassa temperatura.

η (GENERATO) = L_L / E_I η (Macchina Termica) = L / Q_I,

poichè L = Q₂ - Q₁ η = Q₂ - Q₁ / Q_I

Il Ciclo di Carnot

Macchina a max rendimento, Q, quantità a lavorare depende da T_A iniziale e T_A finale. Ciclo ideale:

η = 1 - T₂ / T₁

Q₂ = T₂

Considero un gas perfetto → U = U(T). Qui acquisito non si sono ecoti in calore.

T = cost → dQ = pdV → Q = Q₁ = T₁∫ dV / V_B

= RT₁ ln V_B/V_A

Q₂ - L_C = ∫ _C pdV = RT₂ ln V_D/V_C

Diagramma

ISOENTROPICHE

ISOTERMA

ISOTERMA CRITICA

SOTTO LA CAMPANA ISOTERME E.

PUNTO CRITICO D’ISOTERMA CRITICA INDICA LIQUEFAZIONE DOVRE QUESTA T

1. PUNTO TRIFASICO, SOSTANZA NELLO STATO SOLIDO, LIQUIDO E GASSOSO
2. C PUNTO CRITICO – D’ISOTERMA CRITICA INDICA LIQUEFAZIONE DOVRE QUESTA T

dP/dT =

(V₂ – V₁)

EQUAZIONE DI CLAUSIUS-CLAPEYRON

Sistemi Termodinamici Aperti

PASSAGGIO DI MATERIA ATTRAVERSO LA SUP. CHIUSA DEL SISTEMA

LO L’ENERGIA TOT ED ENERGIA INTERNA

VARIAZIONE ENERGIA DEL SISTEMA Σe – Σδe = E_u

VARIAZIONE MASSA DEL SISTEMA Σm_e – Σm_u = m_s

IN ES Σe = ΣE_u e Σm_e = ΣM_u

EOT _t= U + E_ec + E_p = U + 1/2 Δmv_w² + gΣm_u kz dV

L'ENERGIA TOTALE SPECIFICA =

2 EOT = v/RΣ + gΣm_u^2

Δm

La caduta della pressione per far entrare […]

Quindi 1/2 v₁^2 + g + uv₂ + pV₁ + pV₂ – P₃ = Q – cT

– D 1/2 (V₂ – V₁)^2 g (z₂ – z₁) + P₂V₂ – PV₄ = Q – cT

Introduco entalpia H = UAPV [ΣΣ] e entalpia specifica h = UAPV [J/kg]

Quindi, 1/2 (V₂^2 – V₄^2) + gz (z₂ – z₁) + h₂ – p_n = Q – cT

[...] in condizioni isoterme e diffuso

uniformemente, disegno sopra C: limite

Termodinamica #6

Nella valvola di espansione avviene ca trasformazione esa, regola il deprezzo del refrigerante

del condensatore all'evaporatore mantenendo Δp = P₁ - P₂

Termodinamico completo Q₁ = Q₂ + ε effetto utile ε_f = Q₂ = ^Q₂/_{Q1 - Q2}

C₂ Q₁ = cpu (T₁ - T₀) * q₁

C₂ = cpu (T_A - T₀) * q₂(1 - x_A)

Pompe di Calore

Stesso funzionamento della macchina frigorifera ma scopo diverso.

Usare per prelevare calorie da sorgente a temperatura più bassa a sorgente

a temperatura più alta.

Coefficiente di Prestazione

COP = ^Q₁/_{Q1 - Q2} = ^T₁/_{T1 - T2}

Q₁ >> ε stesso

COP = ^Q₁/_ε = ^Q₂/_ε = ε_f + 1

Macchine ad Assorbimento

[Diagram]

A + C contenitori adiabatici

_L1 liquido 1_L2 soluzione

Saturato di ^gas

a = libr bromuro di litio, assorbente

l = H₂O ↓ fluido refrigerante

Clt = tra tensione al vapore saturo più bassa

R - ricognitore

1) R. chiuso, c'è H₂O in A e E, T_A > T_e → P_e = P_e

Per la legge di Raoult Pa = XaPa1XiP per ipotesi Pi>>Pa → PaXPi

P<<eP1 PaeP

2) R. aperto, dove recipient andavano a P_e = P_E = in E ci sarà evaporazione, le vapore sarà

assorbito e condensato in A. L'acqua di rifornimento di clt si riscalda

Con la legge di Antoine ^L_m/_Pe = A + ^B/_T | si ha ^L_mP/_e = Q_mP = A_c + ^B_c/_Te

P_mPa = EmXPi eP = cEmXx

Trasformazioni dell'aria umida

1) Misceazione:

G₃: portata in massa di aria secca

• Bilanci: portata: G₁ + G₂ = G₃ Umore: G₁x₁ + G₂x₂ = G₃x₃ Energetico: G₁h₁ + G₂h₂ = G₃h₃

x₃ = (G₁x₁ + G₂x₂) / G₃   G₁x₁ + G₂x₂   G₁ + G₂

h₃ = (G₁h₁ + G₂h₂) / G₃   G₁h₁ + G₂h₂   G₁ + G₂

G₁ / G₃ = (x₂ - x₃) / (x₂ - x₁)   (h₂ - h₃) / (h₂ - h₁)

ϕ = 100%

x₃ h₃ G₃

2) Riscaldamento:

Inserisco uno scambiatore di calore

• x₁ = x₂
• q₁₂ = G(h₂ - h₁) Fluido termico scaldiato
• G₁ = G₂ = G

ϕ = 100%

3) Raffreddamento e deumidificazione:

Scambiatore di calore percorso da acqua fredda

• G₁ = G₂ = G
• Gx₁ = G_um - G_x Acqua che condensa h₁ + q₁₂ = G_smh_w + G_h2
• Entalpia associata ad acqua che condensa,trasscurabile

q₁₂ = G(h₂ - h)

Umidamento rappresentato con saturazione di vapore d'acqua ma se temp. è temp. è umidificazione.